JP3056827B2 - ダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品とその製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品とその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド様炭素薄
膜で保護した物品とその製造方法に関し、特に難接着性
ないし難結合性の基体に対するダイヤモンド様炭素薄膜
の接着性ないし結合性を向上させる成膜技術に関する。
ただし焼入れ鋼製金型は別個の出願の対象にしたので本
発明には含まれない。
膜で保護した物品とその製造方法に関し、特に難接着性
ないし難結合性の基体に対するダイヤモンド様炭素薄膜
の接着性ないし結合性を向上させる成膜技術に関する。
ただし焼入れ鋼製金型は別個の出願の対象にしたので本
発明には含まれない。
【０００２】
【従来技術】気相法により製造されるダイヤモンド様炭
素薄膜は硬度が高く、耐摩耗性、耐久性、耐薬品性、耐
食性等に優れており、また任意形状の物品に被着できる
ため、こうした特性の一つ以上が必要な物品の保護膜と
して有用であり、或は有望視されている。
素薄膜は硬度が高く、耐摩耗性、耐久性、耐薬品性、耐
食性等に優れており、また任意形状の物品に被着できる
ため、こうした特性の一つ以上が必要な物品の保護膜と
して有用であり、或は有望視されている。
【０００３】気相法によるダイヤモンド様炭素薄膜製造
方法には各種の形式がある（例えば「表面化学」第５巻
第１０８号（１９８４年）第１０８−１１５頁の各種の
方法参照）。ダイヤモンド様炭素薄膜は任意形状の保護
すべき物品の表面に被覆され、耐食性、耐摩耗性などの
保護膜として広く利用される。
方法には各種の形式がある（例えば「表面化学」第５巻
第１０８号（１９８４年）第１０８−１１５頁の各種の
方法参照）。ダイヤモンド様炭素薄膜は任意形状の保護
すべき物品の表面に被覆され、耐食性、耐摩耗性などの
保護膜として広く利用される。
【０００４】しかしこれらの従来技術によって製造され
たダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド様炭素薄膜は基体
の種類によって基体に対する結合力が弱く、ダイヤモン
ド薄膜が微結晶の集まりであるので表面粗度が大きいこ
とも原因となって、外力の作用で基体から剥離し易い問
題があった。そのため保護被覆として耐食性、耐摩耗性
等が必要な用途において充分に効果を発揮出来ない。特
にＦｅ系の金属又は合金（例えば軟鋼（ＳＴＣ）、ステ
ンレス鋼、焼き入れ鋼（ＳＫＤ、ＳＫＳ）等）、その他
Ｃｏ、Ｎｉなどの金属の合金、ガラス、セラミックス等
はダイヤモンド又はダイヤモンド様炭素薄膜に対する結
合力が弱いことが知られている。鉄を主成分とする基体
は例えば金型、摺動部材等最も工業的価値の高いもので
あるし、又ガラスやセラミックスではサーマルヘッド等
の摺動部分などに使用されるなど、広い用途を有するの
で、これらの基体の表面に形成されるダイヤモンド様炭
素薄膜の基体への接着性を向上させることが重要であ
る。
たダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド様炭素薄膜は基体
の種類によって基体に対する結合力が弱く、ダイヤモン
ド薄膜が微結晶の集まりであるので表面粗度が大きいこ
とも原因となって、外力の作用で基体から剥離し易い問
題があった。そのため保護被覆として耐食性、耐摩耗性
等が必要な用途において充分に効果を発揮出来ない。特
にＦｅ系の金属又は合金（例えば軟鋼（ＳＴＣ）、ステ
ンレス鋼、焼き入れ鋼（ＳＫＤ、ＳＫＳ）等）、その他
Ｃｏ、Ｎｉなどの金属の合金、ガラス、セラミックス等
はダイヤモンド又はダイヤモンド様炭素薄膜に対する結
合力が弱いことが知られている。鉄を主成分とする基体
は例えば金型、摺動部材等最も工業的価値の高いもので
あるし、又ガラスやセラミックスではサーマルヘッド等
の摺動部分などに使用されるなど、広い用途を有するの
で、これらの基体の表面に形成されるダイヤモンド様炭
素薄膜の基体への接着性を向上させることが重要であ
る。
【０００５】これらの基体に前処理を行なうことは特開
昭６０−２００８９８号、同６０−２０４６９５号、同
６１−１７４３７６号等で提案されている。特開昭６０
−２００８９８号ではＣｏ−ＷＣ合金を基体とし、その
表面にダイヤモンド薄膜を高硬度膜として付けるに当た
り、基体の表面に予め直流又は交流グロー放電を直接作
用させることによりイオンエッチングすることを提案し
ているが、その目的はダイヤモンド結晶の成長核を増大
して成膜速度を上げることにあり、加速電圧は印加され
ていないからエッチング効率は接着性向上の面からは充
分でなく本発明が目的する接着性の向上は充分に得られ
ない。特開昭６０−２０４６９５号も上記技術と同様に
成膜速度の向上を意図してＡｒガスを減圧室内に導入し
正負電極間に電圧を加えてプラズマを作りこれを基体に
作用させるのであるが、プラズマのイオン濃度は低いの
でエッチング効果は接着性向上の観点からは低い。特開
昭６１−１７４３７６号は基体の接着性を向上するため
にプラズマガスで基体を処理した後、酸化処理して酸化
物被膜を形成することを記載している。しかし、プラズ
マの生成には高周波を使用し、その中の正イオンで正電
位のグリッドを通り抜けたイオンが負電位に接続された
金属基体に向けて加速する方法を採用しているため、プ
ラズマは先ず拡散によって正イオンが正電位のグリッド
を通り抜ける必要があり、成膜に必要な充分な量の正イ
オンが基体に到達出来ないので接着性の向上の面からは
不十分である。本発明者らはこれらの欠点を改善するた
めに特願平１−２１４９１３号において基板を高エネル
ギーのＡｒイオン等でボンバード（衝撃）して前処理す
ることを提案したが、なお接着性は不十分である。
昭６０−２００８９８号、同６０−２０４６９５号、同
６１−１７４３７６号等で提案されている。特開昭６０
−２００８９８号ではＣｏ−ＷＣ合金を基体とし、その
表面にダイヤモンド薄膜を高硬度膜として付けるに当た
り、基体の表面に予め直流又は交流グロー放電を直接作
用させることによりイオンエッチングすることを提案し
ているが、その目的はダイヤモンド結晶の成長核を増大
して成膜速度を上げることにあり、加速電圧は印加され
ていないからエッチング効率は接着性向上の面からは充
分でなく本発明が目的する接着性の向上は充分に得られ
ない。特開昭６０−２０４６９５号も上記技術と同様に
成膜速度の向上を意図してＡｒガスを減圧室内に導入し
正負電極間に電圧を加えてプラズマを作りこれを基体に
作用させるのであるが、プラズマのイオン濃度は低いの
でエッチング効果は接着性向上の観点からは低い。特開
昭６１−１７４３７６号は基体の接着性を向上するため
にプラズマガスで基体を処理した後、酸化処理して酸化
物被膜を形成することを記載している。しかし、プラズ
マの生成には高周波を使用し、その中の正イオンで正電
位のグリッドを通り抜けたイオンが負電位に接続された
金属基体に向けて加速する方法を採用しているため、プ
ラズマは先ず拡散によって正イオンが正電位のグリッド
を通り抜ける必要があり、成膜に必要な充分な量の正イ
オンが基体に到達出来ないので接着性の向上の面からは
不十分である。本発明者らはこれらの欠点を改善するた
めに特願平１−２１４９１３号において基板を高エネル
ギーのＡｒイオン等でボンバード（衝撃）して前処理す
ることを提案したが、なお接着性は不十分である。
【０００６】これらの方法の欠点を改良して接着性を向
上させるために、中間層を介在させることが特開昭６４
−６２４６８号により提案されている。中間層としては
シリコン、アルミニウム、タングステン、コバルト、ニ
ッケル等の金属層、炭化珪素、炭化タングステン等の金
属炭化物層、窒化珪素、窒化タングステン、窒化チタン
等の金属窒化物層、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の
金属酸化物層などが使用されている。
上させるために、中間層を介在させることが特開昭６４
−６２４６８号により提案されている。中間層としては
シリコン、アルミニウム、タングステン、コバルト、ニ
ッケル等の金属層、炭化珪素、炭化タングステン等の金
属炭化物層、窒化珪素、窒化タングステン、窒化チタン
等の金属窒化物層、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の
金属酸化物層などが使用されている。
【０００７】
【発明が解決すべき課題】しかし、これらの中間層は蒸
着、ＣＶＤ法により成膜されるもので工程が複雑となり
ダイヤモンド成膜装置とは別の装置を要する問題があ
り、又中間層の特性も充分でない。本発明の目的は、基
体に対する結合力ないし接着力が大きく、耐剥離性で耐
久性の向上したダイヤモンド様炭素薄膜で保護した物品
及びその製造方法を提供することにある。
着、ＣＶＤ法により成膜されるもので工程が複雑となり
ダイヤモンド成膜装置とは別の装置を要する問題があ
り、又中間層の特性も充分でない。本発明の目的は、基
体に対する結合力ないし接着力が大きく、耐剥離性で耐
久性の向上したダイヤモンド様炭素薄膜で保護した物品
及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｆｅの少なくとも一種を含む合金、セラミックス及びガ
ラスよりなる群より選択され且つダイヤモンド様炭素薄
膜との親和性が悪い基体の表面に近接して、Ｍｏ製のグ
リッドを配置し、前記グリッドをＡｒ等の不活性ガス原
子よりなるボンバード用ガスで衝撃してＭｏ原子を放出
させ、これを前記基板上に付着させることにより表面の
汚染を除くと共にＭｏ膜を生成し、ついで低分子量炭化
水素又は分解又は反応により低分子量炭化水素を生成し
得る原料ガスをイオン化させてイオンを生成し、これら
のイオンを加速して前記Ｍｏ膜上に付着させることによ
りダイヤモンド様炭素膜を形成することを特徴とする、
ダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品の製造方法及び
こうして得られるダイヤモンド様炭素保護膜を有する物
品である。
Ｆｅの少なくとも一種を含む合金、セラミックス及びガ
ラスよりなる群より選択され且つダイヤモンド様炭素薄
膜との親和性が悪い基体の表面に近接して、Ｍｏ製のグ
リッドを配置し、前記グリッドをＡｒ等の不活性ガス原
子よりなるボンバード用ガスで衝撃してＭｏ原子を放出
させ、これを前記基板上に付着させることにより表面の
汚染を除くと共にＭｏ膜を生成し、ついで低分子量炭化
水素又は分解又は反応により低分子量炭化水素を生成し
得る原料ガスをイオン化させてイオンを生成し、これら
のイオンを加速して前記Ｍｏ膜上に付着させることによ
りダイヤモンド様炭素膜を形成することを特徴とする、
ダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品の製造方法及び
こうして得られるダイヤモンド様炭素保護膜を有する物
品である。
【０００９】本発明によると、特願平１−２１４９１３
号における基板のＡｒボンバード（衝撃）効果と同時
に、基板のＭｏによる成膜が同時に実施されてＭｏの基
板への強固な接着と、ダイヤモンド様炭素保護膜のＭｏ
中間層への強固な接着が達成出来る。この基板への接着
性、密着性の改善により厳しい条件で評価される耐摩耗
性の用途にも利用できる。又本発明によると、Ｍｏ成膜
工程とダイヤモンド成膜工程とが同一の装置を使用して
前後して実施出来るので工程の単純化、コスト低下が実
現出来る。
号における基板のＡｒボンバード（衝撃）効果と同時
に、基板のＭｏによる成膜が同時に実施されてＭｏの基
板への強固な接着と、ダイヤモンド様炭素保護膜のＭｏ
中間層への強固な接着が達成出来る。この基板への接着
性、密着性の改善により厳しい条件で評価される耐摩耗
性の用途にも利用できる。又本発明によると、Ｍｏ成膜
工程とダイヤモンド成膜工程とが同一の装置を使用して
前後して実施出来るので工程の単純化、コスト低下が実
現出来る。
【００１０】本発明はイオン化蒸着法によるダイヤモン
ド成膜法が、熱電子電離手段と電離された炭化水素イオ
ンを加速するための電界付与グリッドを有することに着
目し、同じ装置でグリッドをＭｏより構成し、これをア
ルゴン（Ａｒ）等をイオン化し加速した高エネルギーボ
ンバードガスで衝撃することにより、初期の目的を達成
出来た。
ド成膜法が、熱電子電離手段と電離された炭化水素イオ
ンを加速するための電界付与グリッドを有することに着
目し、同じ装置でグリッドをＭｏより構成し、これをア
ルゴン（Ａｒ）等をイオン化し加速した高エネルギーボ
ンバードガスで衝撃することにより、初期の目的を達成
出来た。
【００１１】イオン化蒸着法は炭化水素原料ガス又は分
解又は反応により炭化水素を生成し得る原料ガス（ここ
に炭化水素とはメタン、エタン、プロパン等の飽和炭化
水素、エチレン、プロピレン、アセチレン等の不飽和炭
化水素等があり、分解して炭化水素を生成し得る原料ガ
スはメチルアルコール、エチルアルコール等のアルコー
ル類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類など
があり、又反応して炭化水素ガスを生成する原料ガスに
は一酸化炭素、二酸化炭素と水素との混合ガス等があ
る。また前記原料にはヘリウム、ネオン、アルゴン等の
希ガスあるいは水素、酸素、窒素、水、一酸化炭素、二
酸化炭素、等の少なくとも一種を含ませることができ
る）を熱陰極フィラメント−陽極間のアーク放電、陰極
熱フィラメント−陽極間の熱電子放出によるイオン化等
の手段でイオン化してイオン流とし、この流れを電場で
加速して基体に差し向けることによりダイヤモンド様炭
素薄膜を成膜する方法であり、特願平１−２１４９１３
号に記載されている通り、イオン化蒸着法は基体温度と
して従来のような７００℃以上の高温度を用いる必要が
なく（例えば「表面化学」第５巻第１０８号（１９８４
年）第１０８−１１５頁の各種の方法参照）、成膜効率
も良く、成膜されたダイヤモンド様炭素膜が良好な表面
性、高硬度、高熱伝導性、高屈折率を有し、仕上表面処
理が不要である等、優れた方法である。
解又は反応により炭化水素を生成し得る原料ガス（ここ
に炭化水素とはメタン、エタン、プロパン等の飽和炭化
水素、エチレン、プロピレン、アセチレン等の不飽和炭
化水素等があり、分解して炭化水素を生成し得る原料ガ
スはメチルアルコール、エチルアルコール等のアルコー
ル類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類など
があり、又反応して炭化水素ガスを生成する原料ガスに
は一酸化炭素、二酸化炭素と水素との混合ガス等があ
る。また前記原料にはヘリウム、ネオン、アルゴン等の
希ガスあるいは水素、酸素、窒素、水、一酸化炭素、二
酸化炭素、等の少なくとも一種を含ませることができ
る）を熱陰極フィラメント−陽極間のアーク放電、陰極
熱フィラメント−陽極間の熱電子放出によるイオン化等
の手段でイオン化してイオン流とし、この流れを電場で
加速して基体に差し向けることによりダイヤモンド様炭
素薄膜を成膜する方法であり、特願平１−２１４９１３
号に記載されている通り、イオン化蒸着法は基体温度と
して従来のような７００℃以上の高温度を用いる必要が
なく（例えば「表面化学」第５巻第１０８号（１９８４
年）第１０８−１１５頁の各種の方法参照）、成膜効率
も良く、成膜されたダイヤモンド様炭素膜が良好な表面
性、高硬度、高熱伝導性、高屈折率を有し、仕上表面処
理が不要である等、優れた方法である。
【００１２】成膜装置 第１図にＭｏ中間層及びダイヤモンド様炭素膜の成膜装
置の好ましい例を示す。図中３０は真空容器、３１はチ
ャンバーであり、排気系３８に接続されて１０-6Ｔｏｒ
ｒ程度までの高真空に引かれる。３２は基体（保護すべ
き物品）Ｓの裏面に設けられ負電位Ｖａに保たれた電極
である（基体が金属である場合にはそれ自体を電極とし
て良い）。基体Ｓの表面に近接又は接触してダイヤモン
ド様炭素薄膜の形状を規制する窓を有するマスク４２が
設けられる。このマスクは基体に接していても良いが膜
の周部の厚みを薄くして割れ（クラック）を減じるため
にはなるべくは離して配置する。３３は基体と同一の負
電位Ｖａを与えられたＭｏ製のグリッドで成膜工程で炭
化水素イオンの加速を行なうのに使用される。このグリ
ッド３３は膜の連続性を高め且つ表面を平滑にするため
適正に定めた空間率（単位面積あたりの穴の面積）と穴
密度（単位長さあたりの穴の数）のグリッドを使用し、
或いはその面内方向に振動するための手段を有していて
も良い。３４は負電位Ｖｄに維持された熱陰極フィラメ
ントであり、交流電源からの電流Ｉｆによって加熱され
て熱電子を発生する。３５は原料である炭化水素ガスの
供給口、及びアルゴン等のボンバードガスの供給口であ
る。フィラメント３４を取囲んで陽極３６が配置されて
いる。この陽極はこの場合接地されているが、フィラメ
ントに対しては正の電圧となり、電極３２及びグリッド
３３に対しては正の電位を与えられている。フィラメン
ト３４、陽極３６及び供給口３５の周りを取り囲んでイ
オン化ガスの閉じ込め用の磁界を発生するために電源Ｖ
ｃからの電流Ｉｃで励磁される電磁コイル３９が配置さ
れている。従って、Ｉｆ、Ｖｄ、Ｖａ、コイルの電流Ｉ
ｃ、イオン電流Ｉａを調整することによりＭｏ中間層と
ダイヤモンド様炭素保護膜の調整が出来る。
置の好ましい例を示す。図中３０は真空容器、３１はチ
ャンバーであり、排気系３８に接続されて１０-6Ｔｏｒ
ｒ程度までの高真空に引かれる。３２は基体（保護すべ
き物品）Ｓの裏面に設けられ負電位Ｖａに保たれた電極
である（基体が金属である場合にはそれ自体を電極とし
て良い）。基体Ｓの表面に近接又は接触してダイヤモン
ド様炭素薄膜の形状を規制する窓を有するマスク４２が
設けられる。このマスクは基体に接していても良いが膜
の周部の厚みを薄くして割れ（クラック）を減じるため
にはなるべくは離して配置する。３３は基体と同一の負
電位Ｖａを与えられたＭｏ製のグリッドで成膜工程で炭
化水素イオンの加速を行なうのに使用される。このグリ
ッド３３は膜の連続性を高め且つ表面を平滑にするため
適正に定めた空間率（単位面積あたりの穴の面積）と穴
密度（単位長さあたりの穴の数）のグリッドを使用し、
或いはその面内方向に振動するための手段を有していて
も良い。３４は負電位Ｖｄに維持された熱陰極フィラメ
ントであり、交流電源からの電流Ｉｆによって加熱され
て熱電子を発生する。３５は原料である炭化水素ガスの
供給口、及びアルゴン等のボンバードガスの供給口であ
る。フィラメント３４を取囲んで陽極３６が配置されて
いる。この陽極はこの場合接地されているが、フィラメ
ントに対しては正の電圧となり、電極３２及びグリッド
３３に対しては正の電位を与えられている。フィラメン
ト３４、陽極３６及び供給口３５の周りを取り囲んでイ
オン化ガスの閉じ込め用の磁界を発生するために電源Ｖ
ｃからの電流Ｉｃで励磁される電磁コイル３９が配置さ
れている。従って、Ｉｆ、Ｖｄ、Ｖａ、コイルの電流Ｉ
ｃ、イオン電流Ｉａを調整することによりＭｏ中間層と
ダイヤモンド様炭素保護膜の調整が出来る。
【００１３】第３図は第１図のＡ−Ａ線から見た平面斜
視図であり、膜の形が長方形の場合には例えば図示のよ
うな複数フィラメントの配列体を用いるとか、コイル状
に巻いたものを用いる。又広い面積の成膜を行なうには
基体を長尺ものとして構成し、それを低速で送るとか、
イオンビームを走査させるとかの方法が可能である。な
お第１図においては、炭化水素ガスの原料導入通路３７
にプラズマ励起室３７’が設けられており、これにより
イオン化装置の効率を高めている。プラズマ励起は例え
ばマイクロ波、高周波（ＲＦ波）、放射線、紫外線など
が利用できる。
視図であり、膜の形が長方形の場合には例えば図示のよ
うな複数フィラメントの配列体を用いるとか、コイル状
に巻いたものを用いる。又広い面積の成膜を行なうには
基体を長尺ものとして構成し、それを低速で送るとか、
イオンビームを走査させるとかの方法が可能である。な
お第１図においては、炭化水素ガスの原料導入通路３７
にプラズマ励起室３７’が設けられており、これにより
イオン化装置の効率を高めている。プラズマ励起は例え
ばマイクロ波、高周波（ＲＦ波）、放射線、紫外線など
が利用できる。
【００１４】また、第２図に示したように第１図の構成
の一部を変更して固定又は可変強度の磁石４０をフィラ
メント３４の上部に配置してプラズマ状のイオンビーム
の偏向用に用いても良い。磁石４０の磁界強度は固定又
は可変にし、磁石の磁界はイオン流の走行方向にたいし
て交差する方向にする。このようにしてＣＨ3 +、ＣＨ4
+ イオン等の所望するイオンに対して偏向角度θを得
る。固定の場合一方、質量がこれらのイオンと大きく異
なるイオン例えば水素イオンはさらに大きく曲げられ、
また中性粒子や重質の多量体イオンは直進する。従っ
て、直進方向にマスクを配置すれば結晶性の高いイオン
のみが基体Ｓに付着する。
の一部を変更して固定又は可変強度の磁石４０をフィラ
メント３４の上部に配置してプラズマ状のイオンビーム
の偏向用に用いても良い。磁石４０の磁界強度は固定又
は可変にし、磁石の磁界はイオン流の走行方向にたいし
て交差する方向にする。このようにしてＣＨ3 +、ＣＨ4
+ イオン等の所望するイオンに対して偏向角度θを得
る。固定の場合一方、質量がこれらのイオンと大きく異
なるイオン例えば水素イオンはさらに大きく曲げられ、
また中性粒子や重質の多量体イオンは直進する。従っ
て、直進方向にマスクを配置すれば結晶性の高いイオン
のみが基体Ｓに付着する。
【００１５】Ｍｏの成膜 Ｆｅまたはその合金、ガラス、セラミックス等の難接着
性基体にＭｏ中間層を形成するには、真空室を１０-6To
rr程度に排気した後、供給口３５からアルゴン、窒素、
水素、ヘリウム、ネオン、等から選んだボンバードガス
を０．１Torr程度に導入し、フィラメント３４により電
離し、得られたアルゴンイオンをグリッド３３により加
速する。アルゴンイオンは基体Ｓの表面を衝撃して清浄
化して接着性を改善し、同時にＭｏをグリッドからたた
き出して基体に被着させる。各部に印加される電圧、或
いは電流、ボンバードガスの分子量（混合ガスでは平均
分子量）、処理時間などが必要な制御因子となる。
性基体にＭｏ中間層を形成するには、真空室を１０-6To
rr程度に排気した後、供給口３５からアルゴン、窒素、
水素、ヘリウム、ネオン、等から選んだボンバードガス
を０．１Torr程度に導入し、フィラメント３４により電
離し、得られたアルゴンイオンをグリッド３３により加
速する。アルゴンイオンは基体Ｓの表面を衝撃して清浄
化して接着性を改善し、同時にＭｏをグリッドからたた
き出して基体に被着させる。各部に印加される電圧、或
いは電流、ボンバードガスの分子量（混合ガスでは平均
分子量）、処理時間などが必要な制御因子となる。
【００１６】ボンバード用ガスのエネルギーは、分子
量、ボンバードの処理時間、及びイオン電流Ｉa とした
とき、分子量×Ｉa （ｍＡ）×時間（Ｈｒ）で表わさ
れ、５００＜分子量×Ｉa （ｍＡ）×時間（Ｈｒ）＜８
００を満足することが好ましい。この値が小さ過ぎる
と、Ｍｏグリッドへのボンバードエネルギーが不十分と
なり、Ｍｏ膜の成膜が充分い出来ない。又この値が大き
過ぎると装置の他の構成部分がエッチングされてしま
い、膜中に不純物が混入することによって密着性が低下
する。
量、ボンバードの処理時間、及びイオン電流Ｉa とした
とき、分子量×Ｉa （ｍＡ）×時間（Ｈｒ）で表わさ
れ、５００＜分子量×Ｉa （ｍＡ）×時間（Ｈｒ）＜８
００を満足することが好ましい。この値が小さ過ぎる
と、Ｍｏグリッドへのボンバードエネルギーが不十分と
なり、Ｍｏ膜の成膜が充分い出来ない。又この値が大き
過ぎると装置の他の構成部分がエッチングされてしま
い、膜中に不純物が混入することによって密着性が低下
する。
【００１７】ダイヤモンド様炭素膜の成膜 次工程のダイヤモンド様炭素保護膜の成膜工程では、チ
ャンバー３１内を１０-6Ｔｏｒｒまで高真空とし、ガス
供給通路３７のバルブを操作して所定流量のメタンガ
ス、それと水素との混合ガス、或いはそれとＡｒ、Ｈ
ｅ、Ｎｅ等のキャリアガス等を各供給口３５から導入し
ながら排気系３８を調整して所定のガス圧例えば１０-1
Ｔｏｒｒとする。一方、複数の熱陰極フイラメント３４
には交流電流Ｉｆを流して加熱し、フイラメント３４と
陽極３６の間には電位差Ｖｄを印加して放電を形成す
る。供給口３５から供給されたメタンガス等の炭化水素
は熱分解されるとともにフィラメントからの熱電子と衝
突してプラスのイオンと電子を生じる。この電子は別の
熱分解粒子と衝突する。電磁コイルの磁界による閉じ込
め作用の下に、このような現象を繰り返すことによりメ
タンガスは熱分解物質のプラスイオンと成る。
ャンバー３１内を１０-6Ｔｏｒｒまで高真空とし、ガス
供給通路３７のバルブを操作して所定流量のメタンガ
ス、それと水素との混合ガス、或いはそれとＡｒ、Ｈ
ｅ、Ｎｅ等のキャリアガス等を各供給口３５から導入し
ながら排気系３８を調整して所定のガス圧例えば１０-1
Ｔｏｒｒとする。一方、複数の熱陰極フイラメント３４
には交流電流Ｉｆを流して加熱し、フイラメント３４と
陽極３６の間には電位差Ｖｄを印加して放電を形成す
る。供給口３５から供給されたメタンガス等の炭化水素
は熱分解されるとともにフィラメントからの熱電子と衝
突してプラスのイオンと電子を生じる。この電子は別の
熱分解粒子と衝突する。電磁コイルの磁界による閉じ込
め作用の下に、このような現象を繰り返すことによりメ
タンガスは熱分解物質のプラスイオンと成る。
【００１８】プラスイオンは電極３２、グリッド３６に
印加された負電位Ｖａにより引き寄せられ、基体Ｓの方
へ向けて加速され、基体に衝突して成膜反応を行ない、
ダイヤモンド様炭素薄膜を形成する。所望により、上に
述べた固定磁石を利用して更に品質の良い薄膜を得るこ
とができる。形成する膜の厚さは好ましくは100 〜1000
00Åであり、厚さが上記の範囲よりも薄いと耐摩耗性等
の効果が減じ又厚すぎても効果が増大せず製造時間が長
くなる。以下に本発明を例示する。
印加された負電位Ｖａにより引き寄せられ、基体Ｓの方
へ向けて加速され、基体に衝突して成膜反応を行ない、
ダイヤモンド様炭素薄膜を形成する。所望により、上に
述べた固定磁石を利用して更に品質の良い薄膜を得るこ
とができる。形成する膜の厚さは好ましくは100 〜1000
00Åであり、厚さが上記の範囲よりも薄いと耐摩耗性等
の効果が減じ又厚すぎても効果が増大せず製造時間が長
くなる。以下に本発明を例示する。
【００１９】実施例及び比較例 第１図の装置を使用し、真空室１０内に基体Ｓとして板
状はがね鋼ＳＫＳ２、ＳＫＤ１１を配置し、その面から
距離約６．０ｍｍのところにＭｏ、Ｗ、及びＳＵＳ３０
３製のグリッド３３を配置した。基体Ｓから陽極までの
距離は約４０ｍｍであった。グリッド３３の穴密度は６
０個／２５．４ｍｍ、空間率は４１％であった。
状はがね鋼ＳＫＳ２、ＳＫＤ１１を配置し、その面から
距離約６．０ｍｍのところにＭｏ、Ｗ、及びＳＵＳ３０
３製のグリッド３３を配置した。基体Ｓから陽極までの
距離は約４０ｍｍであった。グリッド３３の穴密度は６
０個／２５．４ｍｍ、空間率は４１％であった。
【００２０】Ｍｏの成膜・・・真空室１０を１０-6Ｔｏ
ｒｒに排気してからＡｒ、及びＨ2ガスを導入した。ガ
ス圧を０．１Ｔｏｒｒとして熱陰極フィラメント３４に
放電を起こさせた。電磁コイル１９の磁束密度は４００
ガウス、基体電圧及びグリッド電圧Ｖａ＝−３００Ｖ、
基体温度２００℃とした。またフィラメント３４には電
流Ｉｆ＝２０Ａを流した。更にフィラメント電圧Ｖｄ＝
−１０Ｖとし、Ｉａ可変とした。フィラメント３４はコ
イル状としその幅３ｍｍ、その周りを取り囲む電極３６
との隙間８ｍｍとした。グリッド３３は５ｍｍ／分の速
度で振動させた。
ｒｒに排気してからＡｒ、及びＨ2ガスを導入した。ガ
ス圧を０．１Ｔｏｒｒとして熱陰極フィラメント３４に
放電を起こさせた。電磁コイル１９の磁束密度は４００
ガウス、基体電圧及びグリッド電圧Ｖａ＝−３００Ｖ、
基体温度２００℃とした。またフィラメント３４には電
流Ｉｆ＝２０Ａを流した。更にフィラメント電圧Ｖｄ＝
−１０Ｖとし、Ｉａ可変とした。フィラメント３４はコ
イル状としその幅３ｍｍ、その周りを取り囲む電極３６
との隙間８ｍｍとした。グリッド３３は５ｍｍ／分の速
度で振動させた。
【００２１】ダイヤモンド様炭素保護膜の成膜・・・次
ぎにＡｒの導入を止め、真空室１０を１０-6Ｔｏｒｒに
排気してからメタンガスを導入しガス圧を１０-1Ｔｏｒ
ｒとして熱陰極フィラメント３４に放電を起こさせた。
電磁コイル１９の磁束密度は４００ガウス、基体電圧Ｖ
ａ＝−３００Ｖ、基体温度２００℃とした。またフィラ
メント１４には電流Ｉｆ＝２５Ａを流した。フィラメン
ト３４はコイル状としその幅３ｍｍ、その周りを取り囲
む電極３６との隙間８ｍｍとした。グリッド３３は５ｍ
ｍ／分の速度で振動させた。フィラメント電圧Ｖｄ＝−
３０Ｖ、Ｖｃ＝３０Ｖの条件で、膜厚１.0μｍのダイヤ
モンド様炭素膜を得た。
ぎにＡｒの導入を止め、真空室１０を１０-6Ｔｏｒｒに
排気してからメタンガスを導入しガス圧を１０-1Ｔｏｒ
ｒとして熱陰極フィラメント３４に放電を起こさせた。
電磁コイル１９の磁束密度は４００ガウス、基体電圧Ｖ
ａ＝−３００Ｖ、基体温度２００℃とした。またフィラ
メント１４には電流Ｉｆ＝２５Ａを流した。フィラメン
ト３４はコイル状としその幅３ｍｍ、その周りを取り囲
む電極３６との隙間８ｍｍとした。グリッド３３は５ｍ
ｍ／分の速度で振動させた。フィラメント電圧Ｖｄ＝−
３０Ｖ、Ｖｃ＝３０Ｖの条件で、膜厚１.0μｍのダイヤ
モンド様炭素膜を得た。
【００２２】得られた膜の顕微鏡観察による密着力とス
クラッチ力を測定した。その結果を表１に示す。ここに
密着力は１ｃｍ角の長さ１０ｃｍの角柱をダイヤモンド
様炭素薄膜をエポキシ樹脂で接着し、引張試験機（テン
シロン・・・商品名）で引っ張って剥離し測定を行なっ
た。又スクラッチ力はＲｅｓｃａ社製のＣＳＲスクラッ
チ試験機で測定した。これらの結果は処理エネルギー
（分子量×Ｉａ（Ａ）×時間（Ｈｒ）を１００に設定し
たときを基準１．０にして対比した。比較のためグリッ
ドにＷ及び鋼鉄ＳＵＳ３０３の結果を併記する。
クラッチ力を測定した。その結果を表１に示す。ここに
密着力は１ｃｍ角の長さ１０ｃｍの角柱をダイヤモンド
様炭素薄膜をエポキシ樹脂で接着し、引張試験機（テン
シロン・・・商品名）で引っ張って剥離し測定を行なっ
た。又スクラッチ力はＲｅｓｃａ社製のＣＳＲスクラッ
チ試験機で測定した。これらの結果は処理エネルギー
（分子量×Ｉａ（Ａ）×時間（Ｈｒ）を１００に設定し
たときを基準１．０にして対比した。比較のためグリッ
ドにＷ及び鋼鉄ＳＵＳ３０３の結果を併記する。
【００２３】
【表１】 表１から分かるように、Ａｒイオンの分子量×Ia×時間
は約６００前後で良好な密着力及びスクラッチ力を生じ
ることが分る。より広くはこの値は５００より大きく８
００よりも小さく、更に広くは５０より大きく１０００
より小さい。一方Ｗは通常のグリッド材であるＳＵＳ３
０３よりも良好な結果を与えるがＭｏを使用する場合よ
りも劣る。
は約６００前後で良好な密着力及びスクラッチ力を生じ
ることが分る。より広くはこの値は５００より大きく８
００よりも小さく、更に広くは５０より大きく１０００
より小さい。一方Ｗは通常のグリッド材であるＳＵＳ３
０３よりも良好な結果を与えるがＭｏを使用する場合よ
りも劣る。
【００２４】
【発明の作用効果】本発明は保護すべき基体にイオン化
蒸着法によりダイヤモンド成膜を行なう装置において、
電離された炭化水素イオンを加速するための電界付与グ
リッドをＭｏより構成し、これをアルゴン（Ａｒ）等を
イオン化し加速した高エネルギーボンバードガスで衝撃
することにより、基体上にＭｏを成膜し、その上にダイ
ヤモンド様炭素薄膜を形成することにより基体との結合
性の高いダイヤモンド様炭素保護膜薄膜を有する物品を
製造することが出来た。さらに本発明によると、基体が
金属である必要はなくガラス、セラミックスのような電
気絶縁性の基体に対しても支障なく成膜を実施すること
が実施出来る。
蒸着法によりダイヤモンド成膜を行なう装置において、
電離された炭化水素イオンを加速するための電界付与グ
リッドをＭｏより構成し、これをアルゴン（Ａｒ）等を
イオン化し加速した高エネルギーボンバードガスで衝撃
することにより、基体上にＭｏを成膜し、その上にダイ
ヤモンド様炭素薄膜を形成することにより基体との結合
性の高いダイヤモンド様炭素保護膜薄膜を有する物品を
製造することが出来た。さらに本発明によると、基体が
金属である必要はなくガラス、セラミックスのような電
気絶縁性の基体に対しても支障なく成膜を実施すること
が実施出来る。
【図１】本発明のＭｏ−ダイヤモンド様炭素保護膜の成
膜装置の一例を示す断面図である。
膜装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のＭｏ−ダイヤモンド様炭素保護膜の製
造装置の他の例を示す断面図である。
造装置の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明のＭｏ−ダイヤモンド様炭素保護膜の製
造装置のフィラメント部分の構造を示す平面斜視図であ
る。
造装置のフィラメント部分の構造を示す平面斜視図であ
る。
３０ 真空容器 ３１ チャンバー ３２ 電極 ３３ グリッド ３４ 熱陰極フィラメント ３５ 原料炭化水素及びアルゴンガス供給口 ３６ 陽極 ３７ 炭化水素ガスの導入通路 ３７’ プラズマ励起室 ３８ 排気系 ３９ 電磁コイル ４０ 磁石 ４２ マスク Ｓ 基体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−133068（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−250967（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−175694（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−208473（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−62213（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−15347（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 C30B 29/04
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの少なくとも一種を含
む合金、セラミックス及びガラスよりなる群より選択さ
れ且つダイヤモンド様炭素薄膜との親和性が悪い基体の
表面に、Ｍｏの膜と、ダイヤモンド様炭素薄膜とを順に
形成した、ダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品。 - 【請求項２】 Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの少なくとも一種を含
む合金、セラミックス及びガラスよりなる群より選択さ
れ且つダイヤモンド様炭素薄膜との親和性が悪い基体の
表面に近接して、Ｍｏ製のグリッドを配置し、前記グリ
ッドをＡｒ等の不活性ガス原子よりなるボンバード用ガ
スで衝撃して表面の汚染を除くと共にＭｏ原子を前記基
板上に付着させることによりＭｏ膜を生成し、ついで低
分子量炭化水素又は分解又は反応により低分子量炭化水
素を生成し得る原料ガスをイオン化させてイオンを生成
し、これらのイオンを加速して前記Ｍｏ膜上に付着させ
ることによりダイヤモンド様炭素膜を形成することを特
徴とする、ダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品の製
造方法。 - 【請求項３】 （ａ）真空室内に前記基体を配置し、Ａ
ｒ等の不活性ガスを前記真空室内に導入し、これを熱陰
極フィラメントとその周りに設けられた陽極とよりなる
イオン化手段により電離してイオンの流れを形成し、こ
れを前記陽極よりも低電位にあるＭｏグリッドに衝突さ
せて基体の表面をＭｏ膜で被覆し、ついで、 （ｂ）真空室内に低分子量炭化水素、又は分解又は反応
により低分子量炭化水素を生成し得る原料ガスを導入
し、前記イオン化手段により電離して炭化水素イオンの
流れを形成し、これを前記Ｍｏグリッドにより加速して
基体上で成膜反応させることを特徴とする、請求項２に
記載のダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品の製造方
法。 - 【請求項４】 （ａ）の工程において、ボンバード用ガ
スの分子量、ボンバード処理時間、及びイオン電流Ｉa
が条件式 ５００＜分子量×Ｉa （ｍＡ）×時間（Ｈｒ）＜８００ を満足することを特徴とする請求項３に記載のダイヤモ
ンド様炭素保護膜を有する物品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3142678A JP3056827B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | ダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3142678A JP3056827B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | ダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04341558A JPH04341558A (ja) | 1992-11-27 |
| JP3056827B2 true JP3056827B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=15320973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3142678A Expired - Fee Related JP3056827B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | ダイヤモンド様炭素保護膜を有する物品とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3056827B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW347363B (en) * | 1996-11-12 | 1998-12-11 | Bae-Hyeock Chun | Method for improving demolding effect of a mold by a low temperature plasma process |
| JP5212416B2 (ja) * | 2000-02-25 | 2013-06-19 | 住友電気工業株式会社 | 非晶質炭素被覆部材 |
| CN114059036B (zh) * | 2021-11-23 | 2023-03-14 | 南京大学 | 铁薄膜在辅助剥离金刚石多晶薄膜中的应用 |
| JP2024032474A (ja) * | 2022-08-29 | 2024-03-12 | 株式会社神戸製鋼所 | イオンボンバードメント装置及びイオンボンバードメント処理方法 |
-
1991
- 1991-05-20 JP JP3142678A patent/JP3056827B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04341558A (ja) | 1992-11-27 |
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